Simulazione numerica di qubit a superconduttori di tipo transmon: dal layout al gate a singolo qubit

In questo lavoro di tesi è stato messo a punto un insieme di modelli e strumenti di simulazione numerica che consentono nel loro insieme l’analisi completa di un sistema formato da qubit a superconduttore di tipo transmon per il calcolo quantistico. Appoggiandosi agli elementi noti della teoria del transmon, l’analisi parte dalla definizione del layout da cui, mediante simulazioni elettromagnetiche, si estraggono le matrici di capacità ed induttanza dei vari componenti. Questo consente la costruzione dell’Hamiltoniano del sistema, noto il quale si possono eseguire le simulazioni nel dominio del tempo delle operazioni dei vari gate, una volta definiti gli opportuni segnali di controllo. Per l’implementazione del flusso di simulazione si sono utilizzati sia strumenti software open-source (Qiskit Metal, FastCap, QuTip), sia script Python sviluppati allo scopo. A dimostrazione della funzionalità dell’ambiente così creato viene presentata l’analisi di un transmon accoppiato a risonatori e linee di trasmissione, tramite il quale si realizza un quantum gate a singolo qubit di tipo X.